Bề mặt kim loại: Ý nghĩa, loại và lựa chọn

Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về: - 1. Ý nghĩa của bề mặt 2. Các loại bề mặt 3. Lựa chọn quy trình bề mặt 4. Vật liệu của chất nền 5. Lựa chọn vật liệu bề mặt 6. Ứng dụng.

Ý nghĩa của bề mặt:

Bề mặt là một quá trình lắng đọng một kim loại hoặc hợp kim trên một kim loại khác (kim loại cơ bản hoặc chất nền) để cải thiện các đặc tính chống mài mòn của nó như chống mài mòn, ăn mòn, ma sát hoặc để đạt được kiểm soát kích thước và nhu cầu luyện kim.

Các quy trình thường được sử dụng cho bề mặt là các quy trình hàn nhiệt hạch như hàn khí, hàn hồ quang, ... Quá trình bề mặt dường như được phát triển ban đầu cho nhu cầu của ngành khoan giếng dầu nhưng hiện được sử dụng rộng rãi trên tất cả các loại thiết bị, thực hiện và các thùng chứa để nâng cao cuộc sống của họ chống lại sự mài mòn và hành động hóa học.

Bề mặt cũng được áp dụng như nhau để sản xuất các sản phẩm mới và cải tạo các sản phẩm bị mòn. Trong cả hai trường hợp, nó kéo dài tuổi thọ của sản phẩm và tiết kiệm vật liệu đắt tiền. Điều này dẫn đến lợi ích kinh tế đáng kể.

Các loại bề mặt:

Bề mặt có nhiều loại khác nhau, ốp, cứng, xây dựng và bơ để đạt được khả năng chống ăn mòn (đối với hao mòn hóa học), chống mài mòn (đối với vật lý), kiểm soát kích thước (để xây dựng lại các thành phần bị mòn) và nhu cầu luyện kim tương ứng.

Bốn loại phương pháp bề mặt được thảo luận ngắn gọn trong phần này:

1. Tấm ốp:

Trong lớp phủ một lớp dày của một số kim loại hàn như thép không gỉ được đặt trên một tấm thép carbon hoặc hợp kim thấp để làm cho nó chống ăn mòn. Tấm ốp cũng phải chống lại sự ăn mòn cục bộ như rỗ, ăn mòn kẽ hở, ăn mòn giữa các hạt và nứt ăn mòn ứng suất.

Đối với lớp phủ, thép không gỉ hoặc một trong các hợp kim gốc niken thường được sử dụng mặc dù hợp kim gốc đồng, bạc và chì cũng được sử dụng cho một số ứng dụng cụ thể.

Mặc dù ưu điểm chính của tấm ốp là tạo ra bề mặt chống ăn mòn giá rẻ nhưng nó cũng kết hợp vật liệu cường độ cao như thép hợp kim thấp để làm lớp nền với vật liệu chống ăn mòn như thép không gỉ. Tuy nhiên, như một quy luật chung, sức mạnh của vật liệu ốp không được tính đến trong thiết kế của thành phần.

Việc sử dụng chính của ốp được thực hiện trong sản xuất tàu cho các nhà máy hóa chất, nhà máy giấy, lọc dầu và nhà máy điện hạt nhân. Lò phản ứng lót đồng được sử dụng để sản xuất bia cũng ăn mòn trong khi các nhà máy chế biến và đóng gói thực phẩm sử dụng rộng rãi thép không gỉ để tránh tác động ăn mòn của thực phẩm.

2. Phần cứng:

Trong phần cứng, một kim loại được lắng đọng trên một bề mặt khác để tăng độ cứng của bề mặt và để làm cho nó có khả năng chống mài mòn, va đập, xói mòn, lõm và xâm thực. Giống như trong lớp phủ, sức mạnh của lớp cứng không được bao gồm trong thiết kế của thành phần.

Khả năng chống mài mòn là ứng dụng quan trọng nhất của vật liệu cứng. Nói chung, tối đa ba lớp hợp kim cứng được lắng đọng. Bởi vì pha loãng quá mức làm giảm hiệu quả của việc tạo cứng, do đó, điều cần thiết là để tránh sự xâm nhập quá mức và liên kết kém của các hạt liền kề. Thiết kế phải như vậy để cung cấp hỗ trợ đầy đủ cho bề mặt và càng nhiều càng tốt, nó phải được tải trong nén chứ không phải căng hoặc cắt. Trong những điều kiện này, hardfaces có thể chứng minh hiệu quả lợi thế kinh tế của nó.

Hardfaces tìm thấy việc sử dụng rộng rãi trong các thiết bị xây dựng bao gồm lưỡi máy ủi, lưỡi cào và máng đá cũng như cho thiết bị dệt và các mặt van động cơ.

3. Xây dựng:

Lớp phủ xây dựng là việc xây dựng lại các bộ phận bị mòn để khôi phục chúng về hình dạng và kích thước ban đầu. Không giống như lớp phủ và làm cứng độ bền của kim loại mối hàn tạo thành sự tích tụ là một sự cân nhắc cần thiết trong thiết kế thành phần vì vật liệu phải thay thế một phần ban đầu của thành phần đã bị mòn.

Đó là lý do tại sao thành phần và tính chất của kim loại hàn lắng đọng thường tương tự như các kim loại cơ bản được xây dựng.

Phương pháp xây dựng bề mặt được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị di chuyển trái đất, ví dụ như răng của xô kéo, các cạnh của lưỡi máy ủi và máy phay được thu hồi bằng cách xây dựng. Đường sắt cũng sử dụng xây dựng để khôi phục sự hao mòn của bánh xe đường sắt cũng như các điểm và đường giao nhau.

4. Bơ:

Bơ là quá trình lắng đọng một hoặc nhiều lớp vật liệu giữa các vật liệu không tương thích về mặt luyện kim, có khả năng tương thích với vật liệu tạo thành lớp bơ. Nó được sử dụng đặc biệt để nối thép không gỉ với kim loại cơ bản carbon hoặc thép hợp kim thấp.

Nếu không sử dụng lớp bơ, khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ sẽ giảm nhưng nếu một lớp vật liệu niken hoặc Ni-Cr cao được lắng đọng trên kim loại bass trước khi lắng đọng thép không gỉ hợp kim cao thì không bị suy giảm khả năng chống ăn mòn.

Một ví dụ phổ biến của quá trình này được tìm thấy trong nhà máy điện hạt nhân để nối thép không gỉ với vòi thép hợp kim thấp được bôi bằng hợp kim Ni-Cr-Fe vào ống thép không gỉ sử dụng kim loại độn Ni-Cr-Fe. Nó cũng có thể được sử dụng để nối thép carbon với thép hợp kim thấp khi cần giảm căng thẳng cho mối hàn đã hoàn thành.

Các thành phần có thể được xử lý nhiệt sau khi bơ. Sức mạnh của lớp bơ phải được xem xét trong khi thiết kế khớp.

Mặc dù xây dựng và bơ là những thuật ngữ thường được sử dụng nhưng chúng không có tư cách chính thức; bề mặt hoặc thường được sử dụng lớp phủ thuật ngữ được cho là bao gồm chúng.

Lựa chọn một quá trình bề mặt:

Việc lựa chọn quy trình bề mặt phụ thuộc vào vật liệu của chất nền, loại và tính chất của tiền gửi cần thiết, tốc độ sản xuất, kích thước và hình dạng của thành phần sẽ được đưa lên, điều kiện dịch vụ sẽ được đặt và tính sẵn có của thiết bị.

Bề mặt oxy-acetylene được sử dụng cho nhiều ứng dụng cả trong công việc tại cửa hàng và hiện trường, trong đó việc thu gom carbon không phải là vấn đề. Quá trình này tạo ra sự gia nhiệt chậm và làm mát chất nền, do đó cơ hội phát triển ứng suất và nứt là ít hơn. Chi phí thiết bị thấp. Nó thường được sử dụng để ứng dụng các hợp kim coban chuyên dụng trên cạnh tương đối mỏng; các bit máy cắt than, ví dụ, thường bị cứng bởi quá trình tạo bề mặt oxy-axetylen.

Bề mặt bằng quy trình hàn hồ quang kim loại được che chắn sẽ nhanh hơn và tổng thể ít tốn kém hơn nếu có nhiều thành phần tham gia. Kỹ năng cần có thấp hơn trong trường hợp quá trình bề mặt khí oxy-nhiên liệu. Tuy nhiên, do tốc độ gia nhiệt và làm lạnh nhanh hơn, các ứng suất nhiệt được phát triển trong kim loại cơ bản và lớp phủ khá cao dẫn đến tăng khả năng bị nứt.

Quá trình này được sử dụng rộng rãi để sửa chữa cho mục đích chung và xây dựng các điện cực mong muốn có sẵn. Quá trình này là kinh tế và dễ dàng có sẵn trong hầu hết các cửa hàng và hội thảo thực địa. Nó tìm thấy sử dụng rộng rãi trong các thành phần hình dạng bề mặt, các bộ phận chuyển động của trái đất, đầu máy cắt nạo vét, trục và các công cụ, v.v.

Bề mặt hồ quang chìm được sử dụng tại các cửa hàng và không phải trong lĩnh vực này. Nó phù hợp nhất để hủy bỏ các ứng dụng khi các bộ phận tương tự hoặc tương tự được nổi lên trên cơ sở thường xuyên, ví dụ, giày lăn, trống, bánh răng vòng xúc điện. Quá trình hồ quang chìm sử dụng các điện cực dải thép không gỉ thường được sử dụng để làm nổi các tàu hạt nhân để tăng tuổi thọ và giảm chi phí ban đầu.

Lướt qua quy trình FCAW có thể được sử dụng cho các ứng dụng trong đó SMAW thường được sử dụng tuy nhiên nó đòi hỏi phải có sẵn dây thông ống ở dạng ống. Nó có thể được sử dụng cả trong nhiệm vụ tại cửa hàng và ngoài thực địa, chẳng hạn như để lướt môi môi.

GMAW thường được sử dụng để xây dựng các ứng dụng như trục nhỏ cả ở chế độ bán tự động và tự động. Nó cũng chủ yếu được sử dụng để làm nổi các thành phần nhỏ có hình dạng phức tạp, khó xử lý nếu xỉ cần phải được loại bỏ giữa các lần chạy khác nhau. Bề mặt bằng hồ quang ngắn mạch, tức là kỹ thuật chuyển nhúng có thể được áp dụng thuận lợi cho các thành phần hình trụ có đường kính từ 8 đến 200 mm.

Quá trình GTAW được sử dụng để tạo bề mặt để đặt các khoản tiền gửi chất lượng tuyệt vời đòi hỏi ít nhất là gia công quy trình, ví dụ như các công cụ và khuôn dập.

Phương pháp bề mặt hồ quang plasma được sử dụng cho các ứng dụng tương tự như các ứng dụng được xử lý bởi quy trình GTAW. Tuy nhiên, do nhiệt độ rất cao của plasma, nó có thể được sử dụng trong những trường hợp không thể tạo bề mặt bằng GTAW.

Phương pháp bề mặt Electroslag được sử dụng để ký gửi một lượng lớn kim loại hoặc cho các ứng dụng đặc biệt, ví dụ, nó được sử dụng rộng rãi để xây dựng lại máy nghiền búa. Đối với ứng dụng này, đồ đạc đặc biệt được sử dụng để đẩy nhanh việc hoàn thành công việc trong thời gian ngắn.

Công việc khẩn cấp có thể được xử lý tốt nhất bằng cách nung chảy lò với điều kiện có sẵn một lò phù hợp để thực hiện vận hành.

Vật liệu của chất nền trong bề mặt:

Mặc dù việc lựa chọn vật liệu bề mặt dựa trên dịch vụ dự định của nó, việc lựa chọn vật liệu cơ bản lo đóng vai trò là chất nền không chỉ được quyết định bởi khả năng hàn và tính chất cơ học mà còn bởi thiết kế kết cấu hoặc xem xét hình thành.

Đối với các ứng dụng cho mục đích chung, vật liệu cơ bản tốt nhất thường là thép carbon không pha trộn với hàm lượng carbon từ 0, 20 đến 0, 95%, bao gồm phần chính của thép carbon thấp và trung bình, và các loại thép carbon cao cấp thấp hơn. Kim loại cơ bản bằng thép carbon có hàm lượng carbon 0, 45% khá phổ biến vì khả năng hàn và độ bền tốt sau khi nổi lên.

Thép có hàm lượng carbon từ 0, 5% trở lên có thể nổi lên một cách thỏa đáng với quá trình oxy-axetylen do đầu vào nhiệt thấp và chu trình làm mát kéo dài do sự lan truyền nhiệt. Làm nóng sơ bộ đến nhiệt độ từ 260 đến 315 ° C là điều cần thiết để tránh sốc nhiệt khi gia nhiệt ban đầu và tản nhiệt nhanh khi bề mặt được thực hiện với quy trình hàn hồ quang kim loại được che chắn.

Các thành phần thép hợp kim thấp có thể được nổi lên bằng cách làm theo quy trình gần như tương tự như được sử dụng cho thép carbon trơn có xu hướng cứng tương tự.

Đối với chất nền rất cứng, thép mangan austenitic thường được biết đến như thép Hadfield có lẽ là loại cứng nhất có sẵn và khá rẻ ở dạng đúc. Nó có thể hàn và có cường độ năng suất khoảng 380 MPa.

Bàn là gang xám vì độ giòn của chúng đòi hỏi các biện pháp phòng ngừa đặc biệt trong việc nổi lên với các hợp kim cơ sở thép; tuy nhiên một số hợp kim austenit có điểm nóng chảy thấp, hợp kim gốc coban và hợp kim gốc niken và đồng được áp dụng.

Gang trắng và gang dẻo không được khuyến khích sử dụng làm chất nền cho bề mặt vì chúng mất các đặc tính cơ bản do sưởi ấm. Đồng, đồng thau và đồng cũng không phù hợp với chất nền để tạo bề mặt.

Lựa chọn Vật liệu Bề mặt:

Việc lựa chọn hợp kim bề mặt phụ thuộc vào bản chất hao mòn mà thành phần bề mặt phải chịu trong quá trình bảo dưỡng.

Những điều kiện sản xuất mặc này thường là kết quả của sáu loại kết hợp sau:

1. Sự mài mòn mà không có tác động nặng nề,

2. Kết hợp mài mòn và tác động nặng nề,

3. Cán, trượt và tiếp xúc kim loại với kim loại,

4. Ăn mòn và ăn mòn,

5. Các cạnh cắt hoạt động ở nhiệt độ bình thường, và

6. Các bề mặt phải chịu dịch vụ ở nhiệt độ cao.

Các bề mặt bị mài mòn mà không chịu tác động nặng nề như cổ phiếu cày, xẻng, con lăn máy kéo, bit giếng dầu quay, ván khuôn, kẹp đinh nạo vét và máng để vận chuyển vật liệu rời được nổi lên bằng vật liệu như crôm cacbua.

Sự mài mòn kết hợp và tác động nặng nề gặp phải trong các thiết bị như máy xúc và răng cưa, máy nghiền đá, môi máy ủi, răng vỏ ngao và máng mà các mảnh nặng bị đổ. Vật liệu phù hợp nhất để tạo bề mặt cho các thành phần này là thép bán austenit và thép mangan.

Băng tải trục vít và dụng cụ khoan đất thường được bảo vệ bởi các vật liệu cứng như cacbua. Thép không gỉ được sử dụng để cung cấp khả năng chống ăn mòn và bảo vệ chống xói mòn trong máy bơm nước và những tác động đòi hỏi khả năng chống va đập tốt.

Các bề mặt chịu tác động của cán, trượt và tiếp xúc kim loại với kim loại trong các bộ phận như răng xích, tay áo và ống lót, bề mặt cuộn, bánh xe cần trục và trục để hoạt động với dầu bôi trơn có thể được nổi lên bằng thép Mn-austenitic hoặc thép không gỉ austenit trong khi vòng bi hoạt động ở nhiệt độ cao được nổi lên bằng cacbua crôm, thép không gỉ, và hợp kim Ni và crôm cao.

Hiệu ứng kết hợp hoặc xói mòn và ăn mòn như gặp phải trong van và chỗ ngồi của chúng để kiểm soát hơi nước, nước, dầu, v.v., có thể được giảm và bù lại bằng các cặn lắng được tạo ra bằng cách nổi lên bằng hợp kim thép không gỉ austenit.

Các cạnh cắt hoạt động ở nhiệt độ bình thường như kéo kim loại, đục lỗ, dao cắt thức ăn (đối với thức ăn gia súc), dụng cụ cạo đất, mũi khoan đất, lưỡi cắt, v.v., được yêu cầu phải nổi lên với vật liệu có đặc tính tự mài; tiền gửi cacbua vonfram phục vụ tốt điều kiện này.

Các bề mặt phải chịu các dịch vụ nóng như ghế van động cơ, bản vẽ nóng hoặc khuôn hình nóng, v.v., đòi hỏi độ bền, độ nóng, khả năng chống rão, chống oxy hóa và chống xói mòn khí thải. Vật liệu bề mặt phù hợp nhất cho các ứng dụng này là hợp kim Cr-Co-W, thép austenit, thép carbon trung bình martensitic và hợp kim loại Ni-Cr-Mo.

Các ứng dụng của Bề mặt:

Bề mặt được áp dụng như nhau đối với việc sản xuất mới và cải tạo các thành phần bị mòn. Trong cả hai trường hợp, nó kéo dài tuổi thọ của sản phẩm và tiết kiệm vật liệu đắt tiền.

Có vô số sản phẩm kỹ thuật được xuất hiện thường xuyên để giữ cho chúng hoạt động cho đến khi nó có hiệu quả kinh tế.

Cụ thể hơn, bề mặt được sử dụng trong sản xuất hoặc cải tạo các loại thiết bị sau:

1. Các bộ phận của thiết bị di chuyển nông nghiệp và trái đất như cuộn hỗ trợ của máy kéo, răng gáo, cổ phiếu cày, khoan nón, máy ủi, xô kéo, quét máy xới, đào hậu môn, v.v.

2. Thiết bị nghiền than và xi măng và các nhà máy luyện kim như khuôn, hàm máy nghiền, nón lò cao, máy nghiền và búa, vít băng tải, máy thu hồi than, mái chèo trộn nhựa đường, v.v.

3. Forge và nhấn các thành phần như chết, đấm, vv

4. Máy khoan và máy cắt than, ví dụ, mũi khoan, răng cắt, v.v.

5. Công cụ cắt như cổ phiếu nhà máy nở, công cụ cắt, khoan, khoan và phay, v.v.

6. Máy cán cán.

7. Vành bánh xe đường sắt, điểm đường sắt, nút giao, và ếch.

8. Van và ghế van cho động cơ đốt trong.

9. Bình chịu áp lực và bể chứa.

10. Dao và dao cắt như dao cắt thức ăn (cho thức ăn gia súc), lưỡi dao găm, dao pug mill, v.v.